有線電視的網管UPS電源設計
2019-11-03 09:52:51
供稿：網友
有線電視的網管UPS電源設計 【摘要】介紹一種有線電視網管不間斷電源（UPS）的設計。這種UPS電源采用微處理器智能測控技術，具有通信接口，通過網絡監控中心的計算機可實現對整個CATV網UPS電源的網絡化管理。采用這種UPS電源可提高CATV網的供電質量，確保CATV信號傳輸的可靠性。 【關鍵詞】有線電視網；不間斷供電電源；單片機；網絡化管理1 引言 在CATV網絡中采用UPS電源供電對于確保CATV信號的可靠傳輸是很重要的，特別是當前CATV正逐漸向交互式的綜合業務寬帶網絡方向發展的情況下，提高網絡的供電質量，尤為重要。在國外，各大著名公司研制的CATV網的網絡管理系統，將網絡前端、放大器等環節納入網絡化管理，大大提高了網絡中信號傳輸的可靠性。作為CATV網中重要部分的UPS電源，也要求納入網絡化管理，以提高網絡的供電質量，保證網絡運行的可靠性。但是，在國內外的各種CATV網絡管理系統中，尚沒有提到將UPS電源納入網絡管理系統。因此，研究設計CATV網絡中的UPS電源具有重要意義。 下面介紹一種后備式CATV網專用的網管UPS電源的設計，系統的近程通信樣機制作調試已經全部完成。CATV的網管UPS電源的研制，除具有當前CATV網UPS電源的特點外，還具有以下新的特點：（1）能實時監測網絡中UPS電源的運行情況，自動顯示監測參數；（2）能設定電網供電安全輸入電壓范圍，蓄電池充放電電壓等參數，UPS運行參數超過設定值時報警，并完成相應的切換控制；（3）有通信接口，可與網管中心監控計算機相連，實現網絡化管理。2 系統構成原理 CATV網管UPS電源采用8098單片機智能測控技術，利用微處理器實時采集CATV網絡中UPS電源運行狀況信息并對電源進行實時控制，網絡管理中心監控計算機可隨時與運行干網絡中的UPS電源聯絡，實現電源的網絡化管理。系統由兩部分組成：（1）UPS電源部分；（2）微處理器監控系統。2.1UPS電源部分 同網管UPS電源相比，以前的UPS電源主要由功率變換用逆變器、蓄電池組充放電電路、靜態開關和恒壓變壓器等幾部分組成。對于后備式的CATV網UPS電源來說，基本工作原理是：在電網供電正常時，對電網電源凈化后供給CATV網；當電網斷電時，蓄電池電源經逆變器逆變后供給CATV網，實現網絡供電的不間斷。2.2微處理器監控系統 網管UPS電源以Intel公司的MCS－96系列單片機8098為核心，由單片機和相應的功能模塊組成電源的監控系統。監控系統能準確獲取UPS電源的運行參數，監控電源的運行情況，接受監控中心計算機的訪問，實現網絡化管理。其中，UPS電源運行參數的準確獲取，在電源的網絡化管理中具有重要意義。2.2.1參數測量 系統對輸入電壓、輸出電壓、電池電壓、輸出電流和環境溫度等參數進行測量。在滿足系統測量精度和控制要求的條件下，先分別采用分壓電阻串和電流傳感器電路將輸入電壓、輸出電壓、電池電壓和輸出電流等轉換到A／D轉換器輸入電壓范圍內，然后將直流量直接送入A／D轉換器，交流量送入有效值／直流轉換器。 CATV網UPS電源不同于一般UPS電源的特點之一就是輸出60V的梯形波形（又稱準方波）電壓。為準確測量輸出電壓、輸出電流等參數的值，確保系統測量控制操作的準確性，對交流量的測量采用真有效值測量法，即直接根據有效值的定義測量交流量的有效值，而不是光測得電壓平均值，再利用正弦波有效值與平均值的關系轉換為有效值。這一方法對非正弦波會引起較大的理論誤差。系統采用AD公司的AD536A芯片，實現被測量電壓有效值／直流的轉換。各交流量經多路模擬開關CD4051選通后送入AD536A實現交流有效值／直流轉換后，最后送入8098單片機的ACH4通道進行A／D轉換。 環境溫度的測量。環境溫度對UPS的工作穩定性影響很大，監控UPS的工作溫度對延長蓄電池的壽命更顯得重要。系統采用AD590半導體集成溫度傳感器，將溫度信號轉換為電信號后送人A／D轉換器。2.2.2狀態來集 UPS電源的狀態通常可分為：電網供電狀態、電池逆變供電的逆變狀態、電池電壓低的欠壓狀態和負載過流的過流狀態。前兩種為UPS的正常狀態，后兩種為異常狀態。狀態采集電路準確獲取電源的工作狀態后送人8098單片機的高速輸入口。2.2.3 UPS電源保護電路 為避免異常情況發生對電源的損壞，系統設計了兩種保護電路：（1）蓄電池欠壓保護，防止過放電對電池的損壞；（2）短路過流保護，防止誤操作或負載故障引起輸出短路損壞電源。保護電路的切換值可以根據電源工作環境等因素隨時設定。2.2.4通信接口 網管UPS電源具有通信接口，可實現監控計算機對電源的集中網絡化管理。在這里，只討論UPS和計算機之間通過RS－232C串行口的近程通信。遠程通信可通過應答器、調制解調器等設備或因特網經過有線電視網絡或電話網等方法實現，將另文討論。3 單片機系統軟件設計 為了保證系統測量和控制動作的迅速準確，單片機軟件全部用8098單片機匯編語言編寫，采用模塊化、結構化設計以增加程序的可讀性與易維護性，便于系統功能擴充。軟件分為6個模塊：參數采集和轉換模塊、數據計算處理模塊、顯示模塊、參數設定。切換控制模塊和通信模塊。 （1）參數采集和轉換模塊。通過控制選擇不同的A／D轉換通道和相應通道對CD4051多路開關的切換，實現UPS運行參數的采集和轉換。 （2）數據計算和處理模塊。系統采用SICE仿真器內的三字節浮點數函數子程序對A／D轉換結果進行處理，確保系統參數的測量精度。 （3）顯示模塊。系統將UPS電源輸入電壓等參數和電網供電等狀態信息送LED數碼管顯示電路，實現UPS電源運行參數的實時顯示。 （4）參數設定。根據UPS運行狀況和工作環境，可以通過網管中心計算機對電源的輸入電壓范圍。電池欠壓保護值和輸出電源范圍等參數進行設定。 （5）切換保護模塊。系統測量結果時刻與設定參數比較，判斷是否與設定參數一致，如果不一致，將實現切換保護操作，完成UPS電源的狀態切換，防止異常情況對系統的損壞。這是UPS電源的軟保護。 （6）通信模塊。系統可將UPS電源的各種運行參數信息由通信接口傳送線網絡管理中心監控計算機，也可以接收監控計算機傳送來的命令和參數。在系統設計中為了區分不同的UPS電源，必須為每臺電源賦于一個唯一的機號。UPS電源接收到監控計算機發送的機號后，進行機號匹配，若匹配成功，發確認信息，監控計算機接收到確認信息后，緊接著發命令字節，命令包括：（1）監控計算機向UPS傳送數據；（2）UPS向監控計算機傳送數據。然后二者開始傳送數據，首先傳送數據個數。數據傳送完畢，發一個結束符，本次通信完畢。4 監控計算機軟件設計 監控計算機軟件用C語言編寫，實現對UPS電源的網絡化管理。PC的軟件設計可分為兩部分：（1）通信程序；（2）界面程序設計。4.1通信程序設計 監控計算機和UPS電源之間的通信遵循主從原則，每次通信都由計算機發起。監控計算機按照協議數據單元格式發送數據呼叫UPS，建立連接。系統設計中，監控計算機采用9 600波特的波特率以查詢方式發送和接受數據。4.2界面設計 監控計算機的人機交互操作界面由4個選單條組成，分別是顯示窗口、存檔窗口、設定窗口和維修記錄窗口，各選單條又由相應的子選單條組成。 顯示窗口實現的功能是：隨時設定監控計算機要顯示的UPS電源機號，顯示內容以及顯示內容刷新時間間隔。 存檔窗口實現的功能是：選擇存儲UPS電源的運行狀況信息，并可調出查閱和打印等，以了解UPS的歷史工作狀況。 參數設定窗口實現的功能是：可根據UPS的工作環境和運行狀況對輸入電壓范圍、電池欠壓值和輸出電流大小進行設定，當參數不在設定范圍時，發出報警信號。 維修記錄窗口實現的功能是：進入編輯器，記錄UPS的維修情況，包括UPS機號、維修日期、維修部件以及維修人等信息。 該設計的樣機系統經長期試用，運行狀況良好。
